Programozási technológia 2.

Átírás

1 Programozási technológia 2. Dr. Szendrei Rudolf ELTE Informatikai Kar 2018.

2 Információk Képzés Programtervező Informatikus BSc, nappali tagozat, C szakirány Tárgykód: IP-17cPROGT2EG Előfeltétel (erős): Programozási technológia 1. Kreditszám: 5 Cél: 2 óra előadás 2 óra gyakorlat 1 óra konzultáció Szoftverfejlesztés csapatmunkában, végigkísérve a szoftver teljes életciklusát 2

3 Információk Számonkérés A gyakorlaton kapott feladatot csapatban kell megoldani, ahol a fejlesztett szoftver minden egyes mérföldkövénél a végzett munkáért 1-1 db jegy jár csapattagonként Követelmény elemzés Tervezés Prototípus implementáció Végleges implementáció, tesztelés, dokumentáció Minden csapattagnak részt kell vennie minden mérföldkő teljesítésében, és minden megszerzett jegynek legalább elégségesnek kell lennie Az összevont gyakorlati jegy (a jegyek átlagával egyezik meg) akkor szerezhető meg, ha a félév végi teszt zárthelyi sikeres 3

4 Információk Elérhetőségek Honlap: Személyesen: Déli épület,

5 Szoftverfejlesztés A szoftverek nélkülözhetetlen alkotóelemei a modern világnak számos célt szolgálhatnak különböző felépítésűek, működési elvűek emiatt megvalósításuk módja jelentősen eltérhet A szoftverekben jelentős része hibás, a szoftverfejlesztési munkák jelentős része kudarcba fullad, ennek okai: egyre nagyobb számban, egyre összetettebb szoftverekre van szükség alacsonyak az elvárások a szoftverekkel szemben Emiatt nagy szükség van a professzionális szoftverfejlesztésre 5

6 A szoftvertechnológia Egy szoftvernek, mint terméknek gyártási technológiára van szüksége, amely garantálja a program funkcióit, minőségét, költségét és határidejét A szoftvertechnológia feladata szoftverek rendszerezett, felügyelt, minősített fejlesztése, működtetése és karbantartása a szoftver a program(ok), dokumentáció(k), konfiguráció(k), valamint adatok együttese A szoftverek többsége nagy méretű, nagy bonyolultságú programrendszer, amely rendszerint csapatmunkában készül hosszú élettartamú, karbantartást és bővítést igényel 6

7 Minőségi mutatók A szoftvereknek megfelelő színvonalon kell biztosítania az elvárt funkciókat, amit a szoftver minőségi mutatóival (quality characteristics) írhatunk le karbantarthatóság (maintainability): módosíthatóság, továbbfejleszthetőség lehetőségei megbízhatóság és biztonság (dependability and security): meghibásodások valószínűsége, támadásokkal szembeni védelem, sebezhetőségi pontok hatékonyság (efficiency): erőforrások használata, korlátai, válaszidő, skálázhatóság használhatóság (acceptability): érthetőség, használat elsajátítása, ergonómia 7

8 Szoftvertechnológiai projekt A szoftver fejlesztésének folyamatát projektnek, előállításának felügyeletét projektmenedzselésnek nevezzük A projektért felelős személy a projektmenedzser (project manager), aki biztosítja, hogy a szoftver megfelel az előírt minőségnek, és elkészül a megadott határidőre a költségkereten belül szervezi, irányítja, ütemezi a projektben részt vevő csapat munkáját, és biztosítja a szükséges hardver és szoftver erőforrásokat garantálja a módszerek és szabványok alkalmazását gondoskodik a projekt dokumentáltságáról 8

9 Szoftvertechnológiai projekt A szoftverfejlesztési csapatnak számos további tagja lehet, akik különböző szerepeket töltenek be, pl.: termékgazda (product management): üzleti folyamatok, prioritások és elfogadási feltételek kezelése programgazda (program management): fejlesztés ütemezése, feladatok elosztása és követése tervező (architect): szoftver magas szintű tervének elkészítése, technikai döntések kezelése fejlesztő (developer): szoftver implementációja minőségbiztosítás (quality assurance): tesztelés tervezése, magvalósítása, minőségi kritériumok ellenőrzése 9

10 Szoftvertechnológiai projekt projektmenedzsment termékgazda programgazda tervező fejlesztő minőségbiztosítás 10

11 A szoftver életciklus Minden szoftver rendelkezik életciklussal, amely meghatározza létét a feladat kitűzésétől a program használatának befejeztéig Az életciklus általában négy fő fázisra bontható: 1. specifikáció: a szoftver funkcionalitásának és megszorításainak megadása 2. tervezés és implementáció: a specifikációnak megfelelő szoftver előállítása 3. verifikáció és validáció: a szoftver ellenőrzése a specifikációnak történő megfelelésre 4. evolúció: a szoftver továbbfejlesztése a változó elvárásoknak megfelelően 11

12 A szoftver életciklus feladat specifikáció tervezés és implementáció validáció evolúció kész szoftver 12

13 Specifikáció A specifikáció (software specification) célja a feladatot megoldó szoftver funkcióinak tisztázása, a rendszerre és a fejlesztésre vonatkozó elvárások megadása feltérképezi a követelményeket felhasználói, valamint fejlesztői szemszögből, lépései: megvalósíthatósági elemzés követelmény feltárás és elemzés követelmény specifikáció követelmény validáció eredménye a szoftver követelmény-leírása (software requirements specification) 13

14 Tervezés és implementáció A szoftver tervezése és implementációja (software design and implementation) feladata a specifikáció átalakítása egy végrehajtható rendszerré meghatározza a rendszer szerkezetét (felépülés), felületét (be- és kimenet), működését (alkalmazott algoritmusok, kommunikációs folyamatok) a folyamat során elkészül a szoftver rendszerterve (software design description), amely tartalmazza a program statikus és dinamikus szerkezetét, a kommunikációs csatornák feltérképezését, az implementációs és tesztelési tervet elkészíthető a szoftver prototípusa (prototype), amely a program egyszerűsített megvalósítását tartalmazza 14

15 Tervezés és implementáció az implementációhoz megfelelő szoftverfejlesztési környezetet kell használnunk, a programkód változásait verziókövetéssel tartjuk nyilván az implementáció részeként az egyes programegységek tesztelése is megtörténhet a szoftverek tervezésének és programozásának módszerét nevezzük programozási paradigmának meghatározza a programozási stílust, az absztrakciós szintet meghatározza az alkalmazható programozási nyelvek körét is, és fordítva 15

16 Programozási paradigmák csak adatstruktúrák tartományleíró rekord Turing-teljes λ-kalkulus eljárás állapot ekvivalencia funkcionális relációs (logikai) adatfolyam folyam-alapú deklaratív procedurális lokalizáció strukturált öröklődés objektum-orientált imperatív 16

17 Validáció és evolúció A verifikáció és validáció (software verification and validation) célja megmutatni, hogy a rendszer megfelel a specifikációnak, valamint a felhasználói elvárásoknak alapvetően tesztelés, amely több fázisban, több módszerrel történik (a felhasználói tesztek csak az utolsó lépésben történnek) Az evolúció (software evolution) során új követelményeknek megfelelően bővítjük a szoftvert, illetve korrigáljuk a felmerülő hibákat átlagosan a szoftver élettartamának 80%-a, ezért eleve bővíthetőre, módosíthatóra kell kialakítani a szoftvert 17

18 A szoftver életciklus További lépések is kísérhetik a fejlesztési folyamatot, pl. kihelyezés (deployment): a program üzembe állítása, és elérhetővé tétele tréning és támogatás (training and support): a felhasználókkal való kapcsolattartás (annak biztosítása, hogy a szoftvert megfelelően tudják kezelni és használni) A szoftver dokumentációja két részből tevődik össze: felhasználói dokumentáció, amely tartalmazza a szoftver üzembe helyezésének, funkcióinak bemutatását fejlesztői dokumentáció, amely tartalmazza a szoftver megvalósítását folyamatát és részletes ismertetését 18

19 Ütemterv A szoftver életciklus fázisai (feladatai) további fázisokra (részfeladatokra) tagolhatóak, így egy hierarchikus feladatszerkezetet kapunk az egyes feladatokra erőforrásokat és időkorlátot adhatunk az egyes feladatok között függőségeket állapíthatunk meg (a feladat nem kezdhető el, amíg a függősége el nem készül) ezek alapján elkészíthetjük a projekt ütemtervét tartalmazza a feladatok időbeli beosztását, függőségeit, felelőseit, így áttekinthetővé teheti az erőforrás szükségleteket általában a specifikáció során készül el, de később módosulhat 19

20 Mérföldkövek A feladatokhoz mérföldköveket (milestone) rendelhetünk, amelyek lehetőséget adnak a projekt haladásában történő betekintésre a mérföldkő egy adott cél adott időpontra történő elérését jelenti, így névvel, eseménnyel, céllal rendelkezik a mérföldkövek be nem tartása általában korrekciókat követel a projekt lefutásában kellően konkrétnak, ellenőrizhetőnek, számon kérhetőnek kell lennie (akár a termékgazda számára is) a fő mérföldkövek az egyes fázisok lezárását jelentik, ezen kívül számos további mérföldkő adható 20

21 Ütemterv t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 M 1 M 2 M 3 21

22 Az UML A szoftverfejlesztési életciklust folyamatosan követi a modellezés, ennek eszköze az egységes modellezési nyelv (Unified Modeling Language, UML), amely egy öt pillérű szemléletrendszerrel rendelkezik: használati: a szoftver szolgáltatásai és azok kapcsolata a felhasználókkal szerkezeti (statikus): a rendszer és a programegységek felépítése, kapcsolatai dinamikus: a programegységek viselkedése implementációs: a megvalósítás szempontjai, komponensei környezeti: hardver és szoftver erőforrások 22

23 Az UML szerkezeti implementációs használati dinamikus környezeti 23

24 Szoftvereszközök A fejlesztőcsapat munkáját megfelelő szoftvereszközökkel kell alátámasztani projektirányítási eszközzel (project tracking system), amely támogatja a dokumentálást és a feladatok követését fejlett tervezőeszközzel (case tool), ahol a fejlesztés folyamata és a felelősség is nyomon követhető integrált fejlesztőkörnyezettel (IDE), amely elősegíti a csapatmunkát verziókövető rendszerrel (revision control system), amely lehetővé teszi a programkód változásainak követését folyamatos integrációs eszközzel (continuous integration), amely elősegíti a tevékenységek automatizálását 24

25 A vízesés modell A szoftverfejlesztési modell határozza meg az életciklus egyes fázisai közötti kapcsolatot, időbeliséget A legegyszerűbb fejlesztési modell a vízesés (waterfall) modell, amelyben az egyes fázisok lineárisan követik egymást előre megtervezi a projekt időtartamát, ráfordításait elvárja minden fázis megfelelő dokumentálását, amely tartalmazza annak eredményeit előnyei: jól strukturált, dokumentált folyamatot biztosít hátrányai: nem teszi lehetővé a követelmények megváltoztatását, nem készül fel az esetleges nehézségekre (nincs kockázatkezelés) 25

26 A vízesés modell feladat specifikáció tervezés implementáció validáció evolúció 26

27 Prototípusok A szoftverfejlesztés során felmerülő nehézségek könnyebben előreláthatóak, ha a szoftvernek elkészítjük a prototípusait (prototyping), amely lehet: horizontális prototípus: interakciós szempontból mutatja be szoftvert (pl. felhasználói felület) vertikális prototípus: egy adott funkció(csoport) részletes megvalósítása (pl. adatkezelés) A folyamat során megvalósított prototípusok a szoftver részévé válhatnak (evolutionary prototyping), vagy szolgálhatják csak a bemutatást/ellenőrzést, és ténylegesen nem kerülnek felhasználásra (throwaway prototyping) 27

28 A spirális modell A (Boehm-féle) spirális (spiral) modell egy kockázatvezérelt fejlesztési modell, amelyben a folyamat során elsőként prototípusok kerülnek megvalósításra, amelyek kiértékelése után kerül megvalósításra a tényleges szoftver a fejlesztés ciklusokban történik, amelyben az elkészített prototípusok, valamint a továbbfejlesztésével kapcsolatos kockázatok kiértékelésre kerülnek előnyei: jobban alkalmazkodik a változó követelményekhez, a prototípusok lehetővé teszik a nehézségek előrelátását hátrányai: költségesebb a prototípus elkészítése és a kockázatkiértékelés végett, továbbá a prototípusok megzavarhatják a felhasználót 28

29 A spirális modell 29

30 Az inkrementális modell Az inkrementális (incremental) modell több lépésből építi fel a folyamatot, és több változatban állítja elő a szoftvert minden változat egy újabb funkcionalitással bővíti a szoftvert, a fázisok rövidek, gyors visszajelzésekkel (a felhasználói oldalról) az egyes fázisok átfedésben vannak, és kihatnak egymásra előnyei: gyorsan alkalmazkodik a változó követelményekhez, a felhasználó jobban követheti a fejlesztési folyamatot hátrányai: kevésbé menedzselhető, tervezhető, áttekinthető, nehezebben validálható 30

31 Az inkrementális modell specifikáció kezdeti változat feladat tervezés és implementáció köztes változatok validáció végső változat 31

32 Agilis szoftverfejlesztés Az agilis szoftverfejlesztés (agile software development) célja a gyors alkalmazásfejlesztés megvalósítása, inkrementális alapon a szoftver folyamatos fejlesztés és kiadás alatt áll (continuous delivery), a sebesség állandó, a változtatások minden lépésben beépíthetőek (welcome changes) a működő szoftver az előrehaladás mérőeszköze, előtérben az egyszerűség, ugyanakkor folyamatos odafigyelés a megfelelő tervezésre, optimalizációra a fejlesztést általában önszervező, kis csapatok végzik, megosztott felelősséggel, folytonos interakcióval, gyors visszajelzésekkel 32

33 Az Agilis Kiáltvány Azzal leplezzük le a szoftverfejlesztés jobb módjait, hogy csináljuk és segítünk másoknak is csinálni. Ezen a munkán keresztül következő értékekhez jutottunk el: Egyének és kölcsönhatások előnyben részesítése a folyamatok- és eszközökkel szemben Működő szoftver előnyben részesítése az átfogó dokumentációval szemben Ügyféllel való együttműködés előnyben részesítése a szerződéses megállapodással szemben Változásokra adandó válasz előnyben részesítése egy terv követésével szemben Habár a jobb oldali elemekben is van érték, mi sokkal értékesebbnek tartjuk a baloldali elemeket. ( 2001, Beck, K., et. al.) 33

34 Agilis szoftverfejlesztés Az agilis fejlesztés előnyei: jól alkalmazkodik a változtatásokhoz, hatékonyabbá teszi a fejlesztési folyamatot hátrányai: egyes tényezői nehezen megvalósíthatóak, különösen nagyobb szoftverek esetén a megvalósításhoz képzett fejlesztők kellenek, a dokumentáció hiánya megnehezíti a későbbi evolúciót Speciális agilis fejlesztési módszer az Extreme programming (XP), amely elvárja a követelmények viselkedés alapú felbontásával (BDD), a tesztek előre történő megadását (TDD), a folyamatos integrációt és refaktorálást, valamint támogatja a párban történő programozást 34

35 Scrum módszer Az agilis fejlesztés menedzselését az egyes változatok előállítása szempontjából közelítik meg, amelyhez a Scrum módszer ad egy általános modellt fő lépései: 1. architekturális tervezés, amely megadja a szoftver magas szintű vázát 2. futamok (sprint), amelyek az egyes változatokat állítják elő, és rögzített hosszúságúak (2-4 hét) 3. projektzárás, a szükséges dokumentáció előállítása nincs projektmenedzser, de minden futamnak van felelőse (scrum master), akinek a személye futamonként változik 35

36 Scrum módszer Minden futam egy összetett folyamat megtervezett lépésekkel feladatok felmérése (select), lefejlesztése (develop), áttekintése (review), kiértékelése (assess) a megvalósítandó funkciók a termékgazdával egyetértésben kerülnek kiválasztásra a teendők listájából (product backlog) naponta rövidebb megbeszélések (stand-up meeting) a teljes csapat számára ciklus elején/végén hosszabb megbeszélések (sprint planning, sprint review), valamint visszatekintés (retrospective) a termékgazdával 36

37 Scrum módszer teendőlista felmérés fejlesztés architektúrális tervezés kiértékelés áttekintés projektzárás szoftver változatok 37

38 Csoportosítás A szoftverfejlesztési modelleket 3 csoportba soroljuk terv-vezérelt (plan-driven): célja a rend fenntartása, a szoftver fejlesztése előzetes specifikáció és tervezés alapján történik, igyekszik garantálni a minőséget agilis: célja a változáshoz történő alkalmazkodás, az egyszerűség, így kevésbé garantálja a minőséget formális: garantálja a minőséget, az implementáció bizonyíthatóan helyes megoldását adja a specifikációnak A gyakorlatban a fejlesztőcsapat és a feladat befolyásolja leginkább a választott módszert sokszor a különböző módszerek vegyítve jelennek meg 38